模拟电子技术姚娅川第章 集成运放的基本应用

模拟电子技术第5章集成运放的基本应用主要内容5.1理想的集成运放

5.2基本运算电路

5.3模拟乘法运算电路5.4有源滤波器5.5电压比较器5.1理想的集成运放一、理想运放的参数为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：理想运放工作在线性区的条件：电路中有负反馈！运放工作在线性区的分析方法：虚短虚断1.线性区二、运放的工作区域2.非线性区（正、负饱和状态）运放工作在非线性区的条件：电路开环工作或引入正反馈！具有两个特点：（2）运放的输入电流等于零，即仍然满足虚断概念一.反相比例运算虚地点i1=if

（虚断）因为有负反馈，利用虚短和虚断u+

=0

u－=u+=0（虚地）反馈方式：电压并联负反馈电压放大倍数:5.2基本运算电路5.2.1比例运算电路例题:

R1=10k,Rf=20k,ui=-1V。求:uo

、Ri。说明R0的作用，R0应为多大？特点：共模输入电压=0（u－=u+=0）缺点：输入电阻小（

Ri=R1）R0为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R0=R1//Rf二.同相比例运算电路u-=u+=uii1=if（虚断）平衡电阻R=Rf//R1因为有负反馈，利用虚短和虚断反馈方式：电压串联负反馈特点：输入电阻高缺点：共模输入电压≠0（u－=u+=ui）电压放大倍数:Au=1三.电压跟随器此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。ui=u+=u-=uo因为有负反馈，利用虚短和虚断：1.反相求和运算：若R1=R2=R,

平衡电阻R0=R1//R2//Rfi1+i2=if5.2.2加减运算电路

一.加法运算电路虚地2.同相相求求和和运运算算：：当R1=R2=Rf=R时,同相比例运算:二.减法法运运算算电电路路1、利利用用加加法法器器和和反反相相比比例例器器叠加加原原理理2、差差动动减减法法器器ui1作用用ui2作用用综合合：：则有：一、、积分分电电路路5.2.3积分分运运算算电电路路和和微微分分运运算算电电路路反相相积积分分器器：：如果果ui=直流流电电压压,输出出将将反反相相积积分分，，经经过过一一定定的的时时间间后后输输出出饱饱和和。。tui0tuo0-UomTM积分分时时间间设Uom=15V,ui=+3V,R=10k,C=1F求积积到到饱饱和和值值的的时时间间：：练习习:画出出在在给给定定输输入入波波形形作作用用下下积积分分器器的的输输出出波波形形。。tui0212345tuo0-2-4-6应用用举举例例：：输入入方方波波，，输输出出是是三三角角波波。。tui0tuo0二、、微微分分电电路路：：u-=u+=0tui0tuo0例：,求uo。90°一.对数数运运算算电电路路5.2.4对数数和和指指数数运运算算电电路路利用用PN结的的指指数数特特性性实实现现对对数数运运算算BJT的发发射射结结有有注意意：：ui必须须大大于于零零，，电电路路的的输输出出电电压压小小于于0.7V利用用虚虚短短和和虚虚断断，，有有用三三极极管管实实现现对对数数运运算算二.指数数运算算电电路路uO是ui的反反对对数数运运算算（（指指数数运运算算））用三三极极管管实实现现反反对对数数运运算算电电路路利用用虚虚短短和和虚虚断断，，电电路路有有要求以上上两两个个电电路路温温漂漂很很严严重重，，实实际际电电路路都都有有温温度度补补偿偿电电路路基本本原原理理5.3.1利用用对对数数和和指指数数电电路路的的乘乘法法运运算算电电路路5.3模拟拟乘乘法法运运算算电电路路例如如：：若取取R1＝R2＝R3＝R4＝R，可可得得：：对于差放放有：一.基本原理理5.3.2变跨导乘乘法电路路模拟乘法法器功能：实现两个个模拟量量相乘其中K为比例因因子，量纲:V-1符号：5.3.3模拟乘法法器的应应用1.乘法运算算立方运算算电路2.平方和立立方运算算平方运算算电路uo=KuXuYuo=K(ui)2uo=K2(ui)33.除法运算算电路根据虚断断如果令K=R2/R1则:注意：为为保证电电路为负负反馈，，必须有有：4.开平方运算电电路)(1i12OuRRKu-=ui为负值！负反馈条件？？有源滤波器实实际上是一种种具有特定频频率响应的放放大器。滤波器的功能能：对频率进进行选择,过滤掉噪声和和干扰信号，，保留下有用用信号。滤波器的分类类：低通滤波器（（LPF）高通滤波器（（HPF）带通滤波器（（BPF）带阻滤波器（（BEF）5.4有源滤波器5.4.1滤波器的基本本概念及分类类ω|A|0ωC通带阻带A0ω|A|0ωCA0阻带通带ω|A|0ωC1A0阻阻ωC2通ω|A|0ωC1A0阻ωC2通通各种滤波器理想的的幅频特性：：（1）低通（2）高通（1）带通（1）带阻滤波器的用途途滤波器主要用用来滤除信号号中无用的频频率成分，例例如，有一个个较低频率的的信号，其中中包含一些较较高频率成分分的干扰。1.一阶RC低通滤波器(无源)5.4.2有源低通滤波波器传递函数：截止频率：幅频特性：此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。幅频特性：0.707H截止频率01|A|2.一阶有源低通通滤波器传递函数：通带增益：截止频率：幅频特性及幅幅频特性曲线线传递函数：幅频特性：缺点：阻带衰衰减太谩。H0.7071+Rf/R101+Rf/R1|A|3.二阶有源低通通滤波器传递函数：当Ao＜3时，滤波器可可以稳定工作作。此此时特性与Q有关。当Q=0.707时，幅频特性性较平坦。当f＞＞fL时，幅频特性性曲线的斜率率为-40dB/dec。当Ao≥3时，源滤波器器自激。幅频特性及幅幅频特性曲线线传递函数：通带增益：截止频率：5.4.3有源高通滤波波电路1.一阶有源高通通滤波器幅频特性：缺点：阻带衰衰减太慢幅频特性及幅幅频特性曲线线传递函数：01+Rf/R10.707(1+Rf/R1)L|A|2.二阶有源高通通滤波器由此绘出频率率响应特性曲曲线(2)通带增益（1）幅频特性：：其中：当AO≥3时，电路自激激幅频特性曲线线当Ao＜3时，滤波器可可以稳定工作作。此此时特性与Q有关。当Q=0.707时，幅频特性性较平坦。当f＜＜fL时，幅频特性性曲线的斜率率为+40dB/dec。可由低通和高通串联得到到低通截止频率率高通截止频率率必须满足5.4.3有源高通滤波波电路可由低通和高高通并联得到到必须满足5.4.5有源带阻滤波波电5.5电压比较器将一个模拟电电压信号与一一参考电压相比较，输出出一定的高低低电平。功能：构成：运放组成的电电路处于非线线性状态，输输出与输入的的关系uo=f(ui)是非线性函数数。uoui0+UOM-UOM5.5.1电压比较器概概述1.运放工作在非非线性状态的的判定：电路路开环或引入入正反馈。运放工作在非非线性状态基基本分析方法法2.运放工作在非非线性状态的的分析方法：：若U+＞U-则UO=+UOM；若U+＜U-则UO=-UOM。虚断（运放输输入端电流=0）注意：此时不不能用虚短！！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=0）uoui0+UOM-UOM5.5.2单限比较器tuituo+Uom-Uom例题：利用电电压比较器将将正弦波变为为方波。2.单门限比较器器（与参考电电压比较）uoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压当ui>UREF时,uo=+Uom当ui<UREF时,uo=-Uom运放处于开环环状态uoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uo=+Uom当ui>UREF时,uo=-Uom若ui从反相端输入入一般单限比较较器及其电压压传输特性令，，得到uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳稳定输出电压压忽略了UD3.限幅电路——使输出电压为为一稳定的确确定值当ui>0时,uo=+UZ当ui<0时,uo=-UZ（2）稳幅电路的的另一种形式式：将双向稳压管管接在负反馈馈回路中uoui0+UZ-UZ当ui>0时,uo=-UZ当ui<0时,uo=+UZ5.5.3滞回比较器1.工作原理——两个门限电压压。特点:电路中使用正正反馈——运放工作在非非线性区。（1）当uo=+UZ时，（2）当uo=-UZ时，UT+称上门限电压UT-称下门限电压UT+-UT-称为回差电压迟滞比较器的的电压传输特特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设ui,当ui=<UT-时,uo从-UZ+UZ这时,uo=-UZ,u+=UT-设初始值:uo=+UZ,u+=UT+设ui,当ui=>UT+时,uo从+UZ-UZ例题：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UREF=10V。当输入ui为如图所示的的波形时，画画出输出uo的波形。上下限：uoui08V3V传输特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性+6V-6V5.5.4窗口比较器本章小结1．集成运放可可以构成加法法、减法、积积分、微分、、对数和反对对数等多种运运算电路。在在这些电路中中，均存在深深度负反馈。。因此，运放放工作在线性性放大状态。。这时可以使使用理想运放放模型对电路路进行分析，，“虚短”和和“虚断”的的概念是电路路分析的有力力工具。2．集成模拟乘乘法器是一种种重要的模拟拟集成电路，，在信号处理理和频率变换换方面得到了了广泛的应用用。集成模拟拟乘法器内部部电路较为复复